Тербијумспада у категорију тешких ретких земаља, са ниским обиљем у Земљиној кори од само 1,1 ppm.Тербијум оксидчини мање од 0,01% укупних ретких земних елемената. Чак и у руди тешких ретких земних елемената са високим садржајем итријумових јона и највећим садржајем тербија, садржај тербија чини само 1,1-1,2% од укупногретка земља, што указује да припада „племенитој“ категоријиретка земљаелементи. Више од 100 година од открића тербијума 1843. године, његова оскудица и вредност су дуго спречавале његову практичну примену. Тек у последњих 30 годинатербијумпоказао је свој јединствени таленат.
Откривање историје
Шведски хемичар Карл Густаф Мосандер открио је тербијум 1843. године. Открио је његове нечистоће уитријум оксидиY2O3. Итријумје добио име по селу Итби у Шведској. Пре појаве технологије јонске измене, тербијум није био изолован у свом чистом облику.
Мосандер је прво поделиоитријум оксидна три дела, сви названи по рудама:итријум оксид, ербијум оксидитербијум оксид. Тербијум оксидпрвобитно је био састављен од ружичастог дела, због елемента који је сада познат каоербијум. Ербијум оксид(укључујући и оно што данас називамо тербијумом) првобитно је био безбојни део у раствору. Нерастворљиви оксид овог елемента се сматра смеђим.
Каснијим радницима је било тешко да примете ситне безбојне „ербијум оксид„, али растворљиви ружичасти део се не може игнорисати. Дебата о постојањуербијум оксидсе више пута појављивао. У хаосу, оригинално име је обрнуто и замена имена је заглављена, па је ружичасти део на крају поменут као раствор који садржи ербијум (у раствору је био ружичаст). Сада се верује да радници који користе натријум дисулфид или калијум сулфат за уклањање церијум диоксида изитријум оксидненамерно скренутитербијуму талоге који садрже церијум. Тренутно познат каотербијум„, само око 1% оригиналаитријум оксидје присутан, али је то довољно да пренесе светло жуту бојуитријум оксидСтога,тербијумје секундарна компонента која га је првобитно садржала, а њиме управљају његови непосредни суседи,гадолинијумидиспрозијум.
Након тога, кад год другиретка земљаелементи су одвајани из ове смеше, без обзира на удео оксида, назив тербијум је задржан све док коначно није добијен смеђи оксидтербијумје добијен у чистом облику. Истраживачи у 19. веку нису користили технологију ултраљубичасте флуоресценције за посматрање јарко жутих или зелених нодула (III), што је олакшало препознавање тербијума у чврстим смешама или растворима.
Електронска конфигурација
Електронски распоред:
1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д10 4п6 5с2 4д10 5п6 6с2 4ф9
Електронски аранжмантербијумје [Xe] 6s24f9. Нормално, само три електрона могу бити уклоњена пре него што нуклеарно наелектрисање постане превелико да би се даље јонизовало. Међутим, у случајутербијум, полунапуњентербијумомогућава даљу јонизацију четвртог електрона у присуству веома јаког оксиданса као што је флуор.
Метал
Тербијумје сребрно бели реткоземни метал са дуктилношћу, жилавошћу и мекоћом који се може сећи ножем. Тачка топљења 1360 ℃, тачка кључања 3123 ℃, густина 82294 кг/м3. У поређењу са раним лантаноидним елементима, релативно је стабилан на ваздуху. Девети елемент лантаноидних елемената, тербијум, је високо наелектрисан метал који реагује са водом и формира водоник.
У природи,тербијумНикада није пронађен као слободан елемент, присутан у малим количинама у фосфорно-церијумском торијумском песку и силицијум-берилијум-итријумској руди.Тербијумкоегзистира са другим реткоземним елементима у монацитном песку, са генерално 0,03% садржаја тербијума. Други извори укључују итријум фосфат и реткоземно злато, који су оба смеше оксида које садрже до 1% тербијума.
Примена
Применатербијумуглавном обухвата високотехнолошке области, које представљају технолошки интензивне и знањем интензивне врхунске пројекте, као и пројекте са значајним економским користима, са атрактивним развојним изгледима.
Главне области примене укључују:
(1) Користи се у облику мешаних ретких земних елемената. На пример, користи се као сложено ђубриво од ретких земних елемената и додатак сточној храни за пољопривреду.
(2) Активатор за зелени прах у три основна флуоресцентна праха. Модерни оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, наиме црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја. Итербијумје неопходна компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима.
(3) Користи се као магнетно-оптички материјал за складиштење. Танки филмови легуре аморфног метала и тербијума коришћени су за производњу високоперформансних магнетно-оптичких дискова.
(4) Производња магнетооптичког стакла. Фарадејево ротирајуће стакло које садржи тербијум је кључни материјал за производњу ротатора, изолатора и циркулатора у ласерској технологији.
(5) Развој и развој феромагнетостриктивне легуре тербијум диспрозијума (ТерФенол) отворио је нове примене за тербијум.
За пољопривреду и сточарство
Ретка земљатербијумможе побољшати квалитет усева и повећати брзину фотосинтезе у одређеном опсегу концентрација. Комплекси тербијума имају високу биолошку активност, а тернарни комплекситербијум, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, имају добра антибактеријска и бактерицидна дејства на Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Escherichia coli, са широким спектром антибактеријских својстава. Проучавање ових комплекса пружа нови правац истраживања за модерне бактерицидне лекове.
Користи се у области луминесценције
Модерни оптоелектронски материјали захтевају употребу три основне боје фосфора, наиме црвене, зелене и плаве, које се могу користити за синтезу различитих боја. А тербијум је неопходна компонента у многим висококвалитетним зеленим флуоресцентним праховима. Ако је појава црвеног флуоресцентног праха за реткоземне телевизоре у боји подстакла потражњу за...итријумиевропијум, затим су примена и развој тербијума промовисани помоћу ретких земних зелених флуоресцентних прахова са три основне боје за лампе. Почетком 1980-их, Филипс је изумео прву компактну флуоресцентну лампу која штеди енергију на свету и брзо ју је промовисао широм света. Tb3+ јони могу емитовати зелену светлост са таласном дужином од 545 nm, а скоро сви ретки земни зелени флуоресцентни прахови користетербијум, као активатор.
Зелени флуоресцентни прах који се користи за катодне цеви (CRT) телевизора у боји одувек је био углавном базиран на јефтином и ефикасном цинк сулфиду, али тербијум прах се одувек користио као зелени прах за пројекције телевизора у боји, као што су Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ и LaOBr: Tb3+. Са развојем телевизора високе дефиниције (HDTV) са великим екраном, развијају се и високо ефикасни зелени флуоресцентни прахови за CRT. На пример, у иностранству је развијен хибридни зелени флуоресцентни прах који се састоји од Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ и Y2SiO5: Tb3+, који имају одличну ефикасност луминесценције при високој густини струје.
Традиционални рендгенски флуоресцентни прах је калцијум-волфрамат. Током 1970-их и 1980-их развијени су флуоресцентни прахови ретких земаља за сензибилизационе екране, као што сутербијум,активирани лантан сулфид оксид, тербијум активирани лантан бромид оксид (за зелене екране) и тербијум активирани итријум сулфид оксид. У поређењу са калцијум волфраматом, флуоресцентни прах ретких земаља може смањити време зрачења X-зрацима за пацијенте за 80%, побољшати резолуцију X-зрака, продужити век трајања X-зрака и смањити потрошњу енергије. Тербијум се такође користи као активатор флуоресцентног праха за медицинске екране за побољшање X-зрака, што може значајно побољшати осетљивост конверзије X-зрака у оптичке слике, побољшати јасноћу X-зрака и значајно смањити дозу изложености X-зрацима на људско тело (за више од 50%).
ТербијумТакође се користи као активатор у белом ЛЕД фосфору који се побуђује плавом светлошћу за ново полупроводничко осветљење. Може се користити за производњу магнетооптичких кристалних фосфора од тербијум алуминијума, користећи плаве светлосне диоде као изворе побуђујуће светлости, а генерисана флуоресценција се меша са побуђујућом светлошћу да би се произвела чиста бела светлост.
Електролуминесцентни материјали направљени од тербијума углавном укључују зелени флуоресцентни прах цинк сулфида сатербијумкао активатор. Под ултраљубичастим зрачењем, органски комплекси тербијума могу емитовати јаку зелену флуоресценцију и могу се користити као танкослојни електролуминесцентни материјали. Иако је постигнут значајан напредак у проучавањуретка земљаКод танких органских комплексних електролуминесцентних филмова, још увек постоји одређени јаз од практичности, а истраживање танких филмова и уређаја од ретких земних органских комплекса је још увек у току.
Флуоресцентне карактеристике тербијума се такође користе као флуоресцентне сонде. Интеракција између комплекса офлоксацин тербијума (Tb3+) и дезоксирибонуклеинске киселине (ДНК) проучавана је коришћењем флуоресцентних и апсорпционих спектара, као што је флуоресцентна сонда офлоксацин тербијума (Tb3+). Резултати су показали да офлоксацин Tb3+ сонда може да формира жлеб везивања са молекулима ДНК, а дезоксирибонуклеинска киселина може значајно побољшати флуоресценцију офлоксацин Tb3+ система. На основу ове промене може се одредити дезоксирибонуклеинска киселина.
За магнетооптичке материјале
Материјали са Фарадејевим ефектом, познати и као магнетооптички материјали, широко се користе у ласерима и другим оптичким уређајима. Постоје две уобичајене врсте магнетооптичких материјала: магнетооптички кристали и магнетооптичко стакло. Међу њима, магнетооптички кристали (као што су итријум-гвожђе гранат и тербијум-галијум гранат) имају предности подесиве радне фреквенције и високе термичке стабилности, али су скупи и тешки за производњу. Поред тога, многи магнетооптички кристали са високим угловима Фарадејеве ротације имају високу апсорпцију у опсегу кратких таласа, што ограничава њихову употребу. У поређењу са магнетооптичким кристалима, магнетооптичко стакло има предност високе пропустљивости и лако се прави у велике блокове или влакна. Тренутно, магнетооптичка стакла са високим Фарадејевим ефектом су углавном стакла допирана јонима ретких земаља.
Користи се за магнетно-оптичке материјале за складиштење
Последњих година, са брзим развојем мултимедије и канцеларијске аутоматизације, потражња за новим магнетним дисковима великог капацитета је у порасту. Танки филмови легуре аморфног метала тербијума и прелазног метала коришћени су за производњу магнетооптичких дискова високих перформанси. Међу њима, танки филм легуре TbFeCo има најбоље перформансе. Магнетооптички материјали на бази тербијума произведени су у великим размерама, а магнетооптички дискови направљени од њих користе се као компоненте за складиштење података у рачунарима, са капацитетом складиштења повећаним 10-15 пута. Имају предности великог капацитета и велике брзине приступа, а могу се брисати и премазивати десетине хиљада пута када се користе за оптичке дискове високе густине. Они су важни материјали у технологији електронског складиштења информација. Најчешће коришћени магнетооптички материјал у видљивом и блиском инфрацрвеном опсегу је монокристал тербијум галијум граната (TGG), који је најбољи магнетооптички материјал за израду Фарадејевих ротатора и изолатора.
За магнетно оптичко стакло
Фарадејево магнетооптичко стакло има добру транспарентност и изотропију у видљивом и инфрацрвеном опсегу и може формирати различите сложене облике. Лако се производе производи великих димензија и може се увлачити у оптичка влакна. Стога има широке могућности примене у магнетооптичким уређајима као што су магнетооптички изолатори, магнетооптички модулатори и сензори струје оптичких влакана. Због великог магнетног момента и малог коефицијента апсорпције у видљивом и инфрацрвеном опсегу, јони Tb3+ су постали често коришћени јони ретких земаља у магнетооптичким стаклима.
Тербијум-диспрозијум феромагнетостриктивна легура
Крајем 20. века, са континуираним продубљивањем светске технолошке револуције, брзо су се појављивали нови материјали за примену ретких земаља. Године 1984, Државни универзитет Ајове, Ејмсова лабораторија Министарства енергетике САД и Истраживачки центар за површинско оружје америчке морнарице (одакле је дошло главно особље касније основане Корпорације за технологију „Edge Technology Corporation“ (ET REMA)) сарађивали су на развоју новог интелигентног материјала од ретких земаља, наиме феромагнетног магнетостриктивног материјала од тербијум-диспрозијума. Овај нови интелигентни материјал има одличне карактеристике брзог претварања електричне енергије у механичку енергију. Подводни и електроакустични претварачи направљени од овог џиновског магнетостриктивног материјала успешно су конфигурисани у поморској опреми, звучницима за детекцију нафтних бушотина, системима за контролу буке и вибрација, као и системима за истраживање океана и подземну комуникацију. Стога, чим се родио џиновски магнетостриктивни материјал од тербијум-диспрозијума и гвожђа, добио је широку пажњу индустријализованих земаља широм света. Компанија Edge Technologies у Сједињеним Државама почела је да производи џиновске магнетостриктивне материјале од тербијум-диспрозијум гвожђа 1989. године и назвала их Терфенол Д. Након тога, Шведска, Јапан, Русија, Уједињено Краљевство и Аустралија су такође развиле џиновске магнетостриктивне материјале од тербијум-диспрозијум гвожђа.
Из историје развоја овог материјала у Сједињеним Државама, и проналазак материјала и његове ране монополске примене директно су повезане са војном индустријом (као што је морнарица). Иако кинеска војска и одбрамбени одељења постепено јачају своје разумевање овог материјала. Међутим, са значајним јачањем свеобухватне националне снаге Кине, потражња за постизањем војне конкурентске стратегије 21. века и побољшањем нивоа опреме свакако ће бити веома хитна. Стога ће широка употреба тербијум-диспрозијум гвожђа џиновских магнетостриктивних материјала од стране војске и националних одбрамбених одељења бити историјска нужност.
Укратко, многа одлична својстватербијумчине га незаобилазним чланом многих функционалних материјала и незаменљивим местом у неким областима примене. Међутим, због високе цене тербијума, људи су проучавали како да избегну и минимизирају употребу тербијума како би смањили трошкове производње. На пример, магнетооптички материјали од ретких земаља такође би требало да користе јефтине...диспрозијум гвожђекобалт или гадолинијум тербијум кобалт колико год је то могуће; Покушајте да смањите садржај тербија у зеленом флуоресцентном праху који се мора користити. Цена је постала важан фактор који ограничава широку употребутербијумАли многи функционални материјали не могу без њега, па се морамо придржавати принципа „коришћења доброг челика на сечиву“ и покушати да уштедимо употребутербијумколико год је то могуће.
Време објаве: 25. октобар 2023.